虛擬現(xiàn)實及多媒體技術在京滬高速公路建設

　　一. 虛擬現(xiàn)實技術及發(fā)達國家的研究現(xiàn)狀:

　　虛擬現(xiàn)實技術是二十世紀末興起的一門嶄新的綜合性信息技術，它融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感技術等多個信息技術分支，人們通過計算機對復雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種全新方式.

　　虛擬現(xiàn)實技術在虛擬世界中為我們還原、搭建我們想要表現(xiàn)的項目，并且營造出真實的自然環(huán)境，動態(tài)的景觀如人物、車輛、樹木等，項目模型本身是按照相關資料嚴格建立的，從外觀上保證其準確性，其次再虛擬的環(huán)境中，我們的瀏覽是完全自由的、主動的，就像是真實的世界中一樣，可以行走、奔跑、飛翔；也可以超現(xiàn)實的進行景點的快速定位、察看，小到微小的細節(jié)、大到宏觀的鳥瞰，都可以瞬間完成，盡收眼底。我們可以用鼠標真實的觸摸到模型，象現(xiàn)實中的一樣對其移動、轉動。

　　與傳統(tǒng)計算機相比，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有三個重要特征：臨境性，交互性，想象性。由于它生成的視覺環(huán)境是立體的、音效是立體的，人機交互是和諧友好的，因此虛擬現(xiàn)實技術一改人與計算機之間枯燥、生硬和被動的現(xiàn)狀，計算機創(chuàng)造的環(huán)境將人們陶醉在流連忘返的工作環(huán)境之中。

　　由于虛擬現(xiàn)實這種技術 “身臨其境”的沉浸感；友好親切的人機交互性；發(fā)人想像的刺激性。所以,在西方國家,這種技術早已應用在很多領域,比如:虛擬現(xiàn)實技術一經(jīng)應用，就向人們展示了誘人的前景，因而首先受到各國軍界的青睞。從90年代初起，美國率先將虛擬現(xiàn)實技術用于軍事領域，主要用于以下四個方面：一是虛擬戰(zhàn)場環(huán)境。即通過相應的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場景、二是進行單兵模擬訓練。讓士兵穿上數(shù)據(jù)服，如美空軍用虛擬現(xiàn)實技術研制的飛行訓練模擬器，能產(chǎn)生視覺控制，能處理三維實時交互圖形，且有圖形以外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實中飛機以外的各種情況，如氣球的威脅、導彈的發(fā)射軌跡等。三是實施諸軍兵種聯(lián)合演習，建立一個“虛擬戰(zhàn)場”，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根據(jù)虛擬環(huán)境中的各種情況及其變化，“調兵遣將”、“斗智斗勇”，實施“真實的”對抗演習。四是進行指揮員訓練。利用虛擬現(xiàn)實技術，根據(jù)偵察情報資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓指揮員通過傳感裝置觀察敵我兵力部署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。

　　作為一門先進的人機交流技術，虛擬現(xiàn)實技術同時逐步流行于世界范圍內的各個領域，如虛擬現(xiàn)實建筑物的展示與參觀，虛擬現(xiàn)實手術培訓，虛擬現(xiàn)實游戲，虛擬現(xiàn)實影視藝術,建筑設計、工業(yè)設計、培訓、醫(yī)學領域。例如建筑設計師可以運用虛擬現(xiàn)實技術向客戶提供三維虛擬模型.

　　二.虛擬現(xiàn)實技術在我國的研究和應用

　　由于虛擬現(xiàn)實技術同時需要處理大量的三維模型與紋理數(shù)據(jù)，導致這種形勢需要很高的計算機性能作為后臺支持，但隨著近些年來計算機軟硬件技術的提高，一些原有的技術瓶頸得到了解決，使虛擬現(xiàn)實的應用達到了前所未有的發(fā)展.在我國,許多學院和機構也一直在從事這方面的研究與應用.

　　天津傳承傳播影視多媒體公司,就是站在虛擬現(xiàn)實技術前沿隊伍中的一員.作為國內較早,天津唯一一家開展虛擬現(xiàn)實項目研發(fā)的公司,傳承的技術涵蓋了“程序結構設計”、“ui設計”、“三維動畫的制作”，“多媒體編程”，“falsh制作”多媒體項目制作各個方面的技術。公司的多媒體制作中心由多名專業(yè)設計師組成，技術人員搭配齊全，經(jīng)驗豐富，在確保虛擬現(xiàn)實多媒體產(chǎn)品基本功能的強大與穩(wěn)定之外，能夠將藝術與技術進行一個完美的結合，使受眾在感受強大技術所帶來的便捷與完美的同時得到進一步的藝術享受。目前已經(jīng)完成的多媒體虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品包括：虛擬售樓系統(tǒng)，小區(qū)電子沙盤演示系統(tǒng)，機械仿真系統(tǒng)，家電以汽車銷售演示系統(tǒng)，等四大類，十多個類型。

　　三.虛擬現(xiàn)實技術在高速公路和橋梁建設方面的應用：

　　在高速公路與橋梁建設的虛擬現(xiàn)實演示方面,傳承傳播也做了有益的嘗試:傳承用虛擬現(xiàn)實技術做了一段高速公路及立交橋的仿真模擬，這樣便解決了空間與瀏覽方式上的限制。

　　京滬高速公路,是我國第一條國道主干線,同時又是我國高速度公路網(wǎng)建設“兩縱兩橫三個重要路段”戰(zhàn)略中的最重要的一條。作為交通部和天津市重點項目的京滬高速二期工程,是京滬高速全線貫通的最關鍵的一段。線路全長55.406公里,它的實施和完善對于天津乃至中國的交通網(wǎng)建設，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著極其深遠和重大的意義。全線除了道路以外，主要有大型結構物46處，其中特大橋2座。大橋5座，分離式立交1座，中小橋33座，匝道收費站3座，服務區(qū)1處。

　　從虛擬現(xiàn)實演示的角度審視，這一項目具有空間跨度大，覆蓋信息量大，所需靈活度高這幾大特點，在表現(xiàn)手段上有相當?shù)碾y度。

　　京滬二期高速項目的特點是道路的寬度相對于長度而言比較狹窄，利用傳統(tǒng)的圖形圖像表現(xiàn)形式難以表達出該工程的各項技術細節(jié)，特別是演示空間上的限制，與瀏覽方式的限制都是我們在展現(xiàn)此工程全貌上所遇到的難題。

　　如何將這個項目的全貌表現(xiàn)出來，最適合的表現(xiàn)形式是什么？

　　經(jīng)過反復研究,得出這樣的結論：最終的解決方案是——創(chuàng)建一個以虛擬現(xiàn)實技術為核心的多媒體演示系統(tǒng)。

　　在此項目中，采用了以虛擬現(xiàn)實技術為核心的演示方式，并由后臺置入穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫信息，便于受眾對各項技術指標進行實時的查詢，周邊再輔以多種媒體信息，如工程背景介紹,標段概況,技術數(shù)據(jù),截面等,電子地圖,聲音、圖像、動畫，并與核心的虛擬技術產(chǎn)生交互，從而實現(xiàn)演示場景中的導航、定位與背景信息介紹等諸多實用、便捷的功能。

　　四、應用方案的實施

　　京滬高速二期工程(天津段)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的結構及其效果：

　　1.界面設計:采用多媒體的設計風格來表現(xiàn)該項目，在設計風格上貫徹——穩(wěn)重、大方、統(tǒng)一、實用這幾個原則。首先從畫面設計上會體現(xiàn)出我“京滬高速二期工程”的總體設計風貌；其次，確保在應用時易于上手，簡便快捷地進行操作。

　　2.系統(tǒng)主程序構建以多媒體構建軟件為主體的設計平臺，利用通用的數(shù)據(jù)庫接口與后臺相關的項目數(shù)據(jù)進行連接并預留動態(tài)的修改接口。主體的程序設計需要將包括虛擬現(xiàn)實部分在內的動畫、視頻、圖像、文字等多種媒體形式穩(wěn)固的整合在一起。保證運行時的穩(wěn)定性，并無需安裝、操作簡便，支持通用的windows操作系統(tǒng)。

　　3. 主要部分劃分為：項目介紹、電子地圖、項目統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫、虛擬公路、工程標段信息以及其他的相關資訊等。

　�。�1） 項目介紹： 對于已達成的構建虛擬現(xiàn)實技術演示系統(tǒng)的方案，在系統(tǒng)演示之前附加一段項目宣傳介紹十分重要。它通過語言和部分動畫，對該項目開發(fā)其背景以及社會意義做概括介紹。該短片的主要內容來自于虛擬道路中的部分動態(tài)和靜態(tài)的畫面。同時包括部分電子地圖和實際拍攝的內容。是多媒體虛擬現(xiàn)實演示之前的一個獨立部分，它也可以單獨成篇，用于各種場合（如項目成果評審會、申報新技術及新工藝成果,匯報演示）的項目介紹。

　�。�2） 全景電子地圖： 將京滬二期工程涉及的地區(qū)制作一個可以橫移縮放的地圖，使用鼠標可以拖拽畫面，既可以看到全部的景色，也可以看到部分的局部建設場景，對于關鍵的部分可以采用交互的方法進行表現(xiàn)。這一部分既可以作為項目的總體布局統(tǒng)覽，也可以配合虛擬現(xiàn)實場景進行快速的瀏覽定位。在具體操作上該界面可以直接進入虛擬道路的某一個路段，也可以看到重點工程的細部，從而進入虛擬演示的關鍵景觀或者重點項目模塊。

　　（3）項目統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫： 項目數(shù)據(jù)庫作為整個多媒體項目的一個重要組成部分在設計與制作上都具有一定的獨立性。我們將利用通用的windows系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)庫接口將多媒體系統(tǒng)中所出現(xiàn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、結構餅圖等動態(tài)信息與后臺數(shù)據(jù)庫相連接，使我們可以時實的對整個工程項目在進度與運作上進行總體把控。由于項目本身所具有的特點，會使總體的數(shù)據(jù)量十分龐大，對于同一組數(shù)據(jù)我們可能會有不同的分類方式與統(tǒng)計方式，這就需要我們在提供一個穩(wěn)定的，獨立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的同時也提供一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)查詢與修改的接口界面。

　　此外，數(shù)據(jù)的安全性也是開發(fā)這套系統(tǒng)所需要考慮的一個方面，我們將提供相應的安全保障體系，如密碼登錄，數(shù)據(jù)備份等必要的安保功能，以確保整套系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　�。�4） 虛擬公路：

　　這部分是多媒體演示的主體，將二期項目的全程進行詳細的介紹。包括道路、橋梁、收費站、服務區(qū)以及沿途的部分景觀,大到整個收費站,小到一個道釘(波形梁,反光伴,邊坡,路牌等完全真實再現(xiàn))同時配有各標段的地形資料和數(shù)據(jù)。

　　主要通過兩種瀏覽模式分別表現(xiàn)駕駛（駕駛模式）和飛行(鳥瞰模式)狀態(tài)下的公路橋梁，在這部分中，瀏覽者既可以沿著汽車的路線看完全程，也能通過飛行（鳥瞰）的效果快速的走完全程。這對于真實的表現(xiàn)高速公路是一個非常有效的手段。

　　在瀏覽的過程當中，我們可以通過點擊路邊的項目標識牌調出有關于該路段的設計信息。此外配合整個系統(tǒng)中的電子地圖功能，對虛擬場景進行瀏覽的快速定位操作——也就是瀏覽中的定位模式。按照用戶的具體要求，我們可以設置多條相對固定的瀏覽路線，無需操作，自動播放（定鏡頭順序播放功能）。

　　虛擬現(xiàn)實技術是此項目的核心內容，所以在具體的構建過程當中涉及到以下幾個方面的工作：

　　* 場景中所涉及的模型制作，包括道路、橋梁、收費站、服務區(qū)以及周邊的輔助設施。

　　* 模型的著色及渲染。

　　* 總體環(huán)境的氣氛營造，包括建筑布景、天氣模擬等。

　�。�5）重點工程介紹：使用比較精細的模型和真實的光影來表現(xiàn)這些項目，如橋、收費站、服務區(qū)等全部單獨制作出來同時給予更多的咨訊。總體項目實施安排：工程進度表、沿時間線進行的項目及其施工工藝，工程施工的動畫。

　　五.虛擬現(xiàn)實技術表現(xiàn)手段與其它形式的比較：

　�。�1）與傳統(tǒng)沙盤的比較：

　　傳統(tǒng)沙盤最大的缺點在于其空間的限制性太大，不足以體現(xiàn)出整個項目的設計細節(jié)，同時將其它的媒體信息加蓋其中亦存在著許多困難，導致信息量嚴重匱乏，而虛擬現(xiàn)實為我們提供了一個無限的虛擬空間，近乎完美的解決了這個問題。同時，他也可以與其它媒體刑是無縫結合，輔以強大的數(shù)據(jù)庫功能，所傳遞的信息量巨大。

　�。�2）與傳統(tǒng)效果圖畫的比較：

　　靜止的效果圖只能向觀者展示項目的某一個或某幾個方面，對觀者提出的其他問題與要求必須以相近的圖像或文字加以說明，運作起來不直觀、不全面，具有相當大的局限性。而以虛擬現(xiàn)

　　實技術為核心的多媒體介紹程序，不需要觀看者發(fā)揮任何的想象力，以空前直觀的方式將項目展現(xiàn)給觀眾。在虛擬的世界中，我們可以任意角度，任意比例的觀看我們所感興趣的內容，絲毫沒有束縛之感。

　�。�3）與傳統(tǒng)三維動畫的比較：

　　動畫演示在一定程度上彌補了靜止畫面的不足之處，聲音與動畫同步播放，生動細致。但是嚴格意義上講，這種瀏覽演示方式只是用于地產(chǎn)演示項目，或其它類似的只是為了表現(xiàn)視頻效果的項目，而對于典型的工程項目則缺少應有的嚴謹性、靈活性與客觀性。動畫在播放的過程當中，觀者只是一直在被動的觀看，接受一些有關于項目的信息，并不能按照自己的意愿去觀看、查閱、檢索相關信息，而虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品則完全解決了以上兩種表現(xiàn)形式中所存在的問題。我們可以虛擬空間中的任意地點、任意時間進行觀察，地點與時間都是無限的。

　　六.結尾

　　虛擬現(xiàn)實的吸引力，在于它的高技術，它能提高我們的工作效率或幫助我們去完成以前做不到的事情；它的藝術魅力也是不可忽視的。虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展歷史，也可以說是一個信息環(huán)境多維化的歷史。創(chuàng)建多維信息環(huán)境、突破數(shù)字及文字的單維表現(xiàn)力的局限，這是人類的共同追求，也是全世界的科技工作者代代相繼的奮斗目標。虛擬現(xiàn)實技術是人們世世代代所追求的人機和諧的信息處理環(huán)境的繼續(xù)。只有在計算機及其它科學技術高度發(fā)達的今天，這樣的信息處理環(huán)境才能夠被實現(xiàn)。